宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无(wú)法解释的(de)“暗物(wù)质(zhì)”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文(wén)学家(jiā)们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)的时候，他们(men)就(jiù)会知道(dào)，周围一定(dìng)有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天(tiān)文(wén)成(chéng)就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系(xì)或者(zhě)是(shì)星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研究(jiū)和(hé)测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力(lì)束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定(dìng)其(qí)质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学(xué)质(zhì)量的(de)计算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱(pǔ)红移(yí)测量星(xīng)系团中的各个星系(xì)相对(duì)于(yú)星系团的(de)运动速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的(de)质量(liàng)并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无法将它(tā)们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分(fēn)的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙在办公室做剧烈运动，卫生间做剧烈运动(zhòu)当中了。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符(fú)合牛(niú)顿的(de)力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的(de)运行速(sù)度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一(yī)种我们看不(bù)到(dào)的物质(zhì)，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力在办公室做剧烈运动，卫生间做剧烈运动效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在(zài)。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的(de)研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的(de)除了(le)暗物(wù)质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力(lì)的(de)理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不(bù)同的(de)，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年的(de)规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定律进行修在办公室做剧烈运动，卫生间做剧烈运动(xiū)正(zhèng)，这些发(fā)现也让(ràng)很多人(rén)认为暗(àn)物(wù)质假说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论证据(jù)，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质(zhì)量都在(zài)星系(xì)的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位于(yú)所有这(zhè)些(xiē)气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的(de)高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么(me)问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和我们地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们(men)对(duì)子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成(chéng)了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终(zhōng)于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了(le)130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是(shì)这样(yàng)的(de)，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型(xíng)的粒(lì)子，它们不(bù)参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出(chū)了数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎(hū)不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发现，除了(le)一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质(zhì)的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年(nián)的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是(shì)一致的(de)，而(ér)另(lìng)外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期(qī)信号(hào)的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和(hé)第一(yī)个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进(jìn)化的(de)一个(gè)重要(yào)因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论(lùn)得到进一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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